Vol. 16, No. 1 (2017) 229-236

Catálisis, cinética y reactores Revista Mexicana de Ingeniería Química

CONTENIDO

Volumen 8, número 3, 2009 / Volume 8, number 3, 2009

213 Derivation and application of the Stefan-Maxwell equations

(Desarrollo y aplicación de las ecuaciones de Stefan-Maxwell)

Stephen Whitaker

Biotecnología / Biotechnology

245 Modelado de la biodegradación en biorreactores de lodos de hidrocarburos totales del petróleo

intemperizados en suelos y sedimentos

(Biodegradation modeling of sludge bioreactors of total petroleum hydrocarbons weathering in soil

and sediments)

S.A. Medina-Moreno, S. Huerta-Ochoa, C.A. Lucho-Constantino, L. Aguilera-Vázquez, A. Jiménez-

González y M. Gutiérrez-Rojas

259 Crecimiento, sobrevivencia y adaptación de Bifidobacterium infantis a condiciones ácidas

(Growth, survival and adaptation of Bifidobacterium infantis to acidic conditions)

L. Mayorga-Reyes, P. Bustamante-Camilo, A. Gutiérrez-Nava, E. Barranco-Florido y A. Azaola-

Espinosa

265 Statistical approach to optimization of ethanol fermentation by Saccharomyces cerevisiae in the

presence of Valfor® zeolite NaA

(Optimización estadística de la fermentación etanólica de Saccharomyces cerevisiae en presencia de

zeolita Valfor® zeolite NaA)

G. Inei-Shizukawa, H. A. Velasco-Bedrán, G. F. Gutiérrez-López and H. Hernández-Sánchez

Ingeniería de procesos / Process engineering

271 Localización de una planta industrial: Revisión crítica y adecuación de los criterios empleados en

esta decisión

(Plant site selection: Critical review and adequation criteria used in this decision)

J.R. Medina, R.L. Romero y G.A. Pérez

CATALIZADORES DE TiO2 UTILIZADOS EN PROCESOS CLAUS: CAUSAS DEDESACTIVACION Y ACTIVIDAD CATALITICA

TiO2 CATALYSTS USED IN CLAUS PROCESSES: DEACTIVATION CAUSES ANDCATALYTIC ACTIVITY

B.R. Cruz-Ortiz1,2*, L. Dıaz-Jimenez2, D.A. Cortes-Hernandez2, E.M. Muzquiz-Ramos11 Universidad Autonoma de Coahuila. Blvd. Venustiano Carranza y Jose Cardenas Valdes s/n, C.P. 25280. Saltillo, Coahuila,

Mexico.2 CINVESTAV-Unidad Saltillo. Av. Industria Metalurgica No. 1062, C.P. 25900. Ramos Arizpe, Coahuila, Mexico.

Recibido 7 de Enero de 2016; Aceptado 19 de Octubre de 2016

ResumenEn el presente trabajo se estudiaron las causas de la desactivacion de un catalizador de TiO2 utilizado en procesos Claus.Mediante analisis elemental, difraccion de rayos X, microscopıa electronica de barrido, analisis de superficie especıfica yanalisis termico gravimetrico y diferencial se elucido el origen de la perdida de actividad en el catalizador. Ademas, conel objetivo de analizar el grado de desactivacion en el catalizador se evaluo su actividad catalıtica mediante la oxidacionselectiva del sulfuro de hidrogeno a azufre elemental. Los experimentos se realizaron a diferentes temperaturas y seutilizaron diferentes muestras de catalizador agotado, con variacion en el contenido de sulfatos presentes originalmenteen el catalizador. El catalizador presento un alto grado de degradacion termica lo que ocasiono perdida significativa desuperficie especıfica y transformacion de fase cristalina. La presencia de sulfatos, en los catalizadores de TiO2, proporcionaestabilidad al catalizador y tienen una notable influencia sobre la selectividad y el rendimiento de la reaccion.Palabras clave: catalizador agotado, degradacion termica, proceso Claus, sulfatos, TiO2.

AbstractIn the present work the deactivation and the catalytic activity of a TiO2 catalyst used in a Claus process were studied. Thetechniques employed for catalyst characterization were elemental analysis, X-ray diffraction, scanning electron microscopy,thermic gravimetric and differential thermic analyses, and specific surface area analysis. Also, with the aim of evaluate thedeactivation degree in the catalyst; the selective oxidation of hydrogen sulfide at different temperatures was performed.Additionally, spent catalyst samples with different sulfate content were analyzed. The catalyst presented a high degree ofthermic degradation, which led to a considerable loss of specific surface area and crystalline phase transition. The sulfatesin the TiO2 catalyst increases the selectivity and reaction yield, and provides stability to the catalyst.Keywords: spent catalyst, thermic degradation, Claus process, sulfates, TiO2.

1 Introduccion

El proceso Claus es utilizado a nivel mundialen centros de procesamiento de gas natural conel objetivo de recuperar azufre elemental de lascorrientes de gas acido o amargo (gas naturalmezclado con H2S y CO2), las cuales contienensulfuro de hidrogeno a altas concentraciones. Esteproceso consiste de una combustion parcial a altatemperatura y de una serie de etapas catalıticas (Fig.1). Las etapas catalıticas del proceso Claus involucranel paso de una mezcla de H2S y SO2, en un relacion

molar 2:1 sobre tres tipos de catalizadores (dioxido detitanio, alumina y Super Claus) a bajas temperaturas(230-280, 200-220 y 180-210°C, respectivamente).

La conversion de H2S a azufre se basa en unacombustion controlada, donde 1/3 del H2S es oxidadoa dioxido de azufre (SO2) segun la Ec. (1):

H2S +32

O2→ S O2 + H2O (1)

El SO2 reacciona con el H2S restante para formar* Autora para la correspondencia. E-mail: b.cruz@uadec.edu.mx

Tel. (+52) 844-4-15-53-92, Fax (+52) 844-4-15-95-34

Publicado por la Academia Mexicana de Investigacion y Docencia en Ingenierıa Quımica A.C. 229

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azufre y vapor de agua de acuerdo a la reaccion deClaus:

2H2S + S O2→3x

S x + 2H2O (2)

Sumando las reacciones indicadas arriba, la reaccionneta es:

3H2S +32

O2→3x

S x + 3H2O (3)

Aunque se han publicado numerosos estudiossobre la quımica del proceso Claus, no hay suficienteinformacion que describa el mecanismo de conversionde H2S y SO2 a H2O y S8 (forma mas estable deazufre a las temperaturas dentro de los convertidorescatalıticos) (ZareNezhad, 2009; Clark y col., 2002).

El proceso garantiza una recuperacion del 99% delazufre contenido en la carga de gas acido, en el reactortermico se recupera el 50% de azufre, en el primerreactor catalıtico el 34%, en el segundo 11% y en eltercero el 4% restante (SENER-CONACyT, 2009).

Las refinerıas de petroleo y centros deprocesamiento de gas utilizan grandes cantidades decatalizadores en sus procesos de refinacion. Cadaunidad Claus deshecha aproximadamente 28 Tonde catalizador de TiO2 cada cinco anos. Estoscatalizadores pueden perder actividad catalıtica debidoa ensuciamiento, envenenamiento o degradaciontermica. El ensuciamiento es la deposicion deespecies sobre el catalizador, estas especies puedenser reactivos, intermediarios de reaccion o productos

(Alas, 2014). Las especies mas comunes involucradasen el ensuciamiento son azufre y carbono (Lloyd,2011; Montero y col., 2015). El envenenamiento esuna fuerte quimiadsorcion de especies sobre los sitioscatalıticos del catalizador. Los venenos comunes sonN, P, As, Sb, O, S, Te, F, Cl, Br, I, Pb, Hg, Bi, Sn,Zn, Cd, Cu, Fe, CO, NO, HCN, acetileno, bencenoe hidrocarburos insaturados. La degradacion termicaocasiona la perdida de superficie especıfica debidoal crecimiento de cristales, la transformacion de lasfases catalıticas a fases mas estables o no-catalıticasy reacciones quımicas no deseadas (Bartholomew yFarrauto, 2011; Trimm, 2001). El objetivo de estetrabajo es elucidar las causas de la desactivacion de loscatalizadores de TiO2 utilizados en el proceso Clausy evaluar la actividad catalıtica del catalizador antes ydespues de la desactivacion, mediante la reaccion deoxidacion selectiva del sulfuro de hidrogeno a azufreelemental. Primero, se realizo la caracterizacion delcatalizador nuevo y agotado mediante microscopıaelectronica de transmision, difraccion de rayos X,analisis de superficie especıfica BET, analisis termicogravimetrico y diferencial, y analisis elemental.Finalmente, la actividad catalıtica fue evaluada enun reactor de microactividad PID & Tech. Se lograronidentificar las causas de la perdida de actividad delcatalizador y ademas se observo el efecto positivoque tiene la presencia de sulfatos sobre la actividadcatalıtica.

Figura 1. Diagrama esquemático del proceso Súper Claus (ZareNezhad, 2009).

Figura 2. Imágenes MEB del catalizador de TiO2 nuevo (a) 500x y (b) 2000x y correspondientes espectros EDS.

Fig. 1. Diagrama esquematico del proceso Super Claus (ZareNezhad, 2009).

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2 Materiales y metodos

2.1 Caracterizacion del catalizador

El catalizador de TiO2 nuevo (CN) y agotado(CA) fue proporcionado por PEMEX (PetroleosMexicanos). El catalizador presenta una formacilındrica con diametro de 3-4 mm y longitud de 6-7 mm. Este catalizador fue utilizado durante cincoanos en una unidad Claus instalada en un centrode procesamiento de gas en el sur de Mexico. Deacuerdo a informacion proporcionada por PEMEX elcatalizador fue desactivado debido a deposicion deazufre en su superficie. Sin embargo, el catalizadorfue caracterizado con el objetivo de elucidar lasprincipales causas de su desactivacion. Parapropositos comparativos tambien se caracterizo uncatalizador nuevo. La caracterizacion se llevo a cabomediante microscopıa electronica de barrido (MEB,Philips®, Mod. XL30 ESEM/EDS), difraccion derayos X (DRX, Philips® Mod. X’Pert PW3040)y analisis de superficie especıfica BET (BeckmanCoulter Mod. SA 3100). Para el analisis de DRXse utilizo una corriente de 30 mA y un voltaje de40kV con un rango 2θ desde 10 a 80°. Tambiense caracterizo mediante analisis termico gravimetrico(ATG) (Perkin Elmer Mod. TGA-7) y diferencial(ATD) (Perkin Elmer Mod. 1700), ambos se llevaron acabo en un rango de 10 a 1300ºC, con una velocidad deincremento de temperatura de 10ºC/min en atmosferade aire. El contenido de azufre en el catalizador fuedeterminado como azufre total. El analisis elementalse llevo a cabo mediante espectroscopia de absorcionatomica (Thermo Electron Corporation Mod. SolaarS4) y analisis LECO (LECO Corporation Mod.CS-230).

2.2 Oxidacion del sulfuro de hidrogeno

Se realizo la oxidacion selectiva del sulfuro dehidrogeno (H2S) en un reactor MICROACTIVITY-Reference PID Eng&Tech a presion atmosferica. Elsistema consistio de un reactor tubular de aceroinoxidable de cama fija insertado en un horno electricocon controlador electronico de temperatura PID. Unsistema de controladores de flujo masico permitiola mezcla de los gases reactantes, los cuales fueronalimentados a traves de la parte superior del reactor. Elanalisis de los gases de entrada y salida del reactor fuerealizado en lınea mediante un cromatografo de gasesAgilent Technologies con detector de conductividadtermica. El modelo de columna utilizado fue Supel-

Q PLOT Supelco 49398-04B, 30 m x 530 µm. Elprograma de calentamiento inicio en 33°C durante1 min e incremento a 120°C a una velocidad decalentamiento de 30°C/min, se utilizo un flujo de helioa 7 mL/min. La temperatura del inyector se mantuvoen 240°C y el detector a 260°C. La composicionde la mezcla reactante fue H2S (6.73 %vol.), CO2(42.11 %vol.) y N2 (50.21 %vol.). Mediante loscontroladores de flujo masico se ajusto el flujo de losgases para obtener una relacion molar H2S/O2 de 2, deacuerdo a la Ec. (4).

H2S +12

O2→1n

S n + H2O (4)

Con flujos de aire y de la mezcla gaseosa (H2S, CO2 yN2) iniciaron las reacciones de oxidacion del H2S. Elcatalizador fue calentado desde temperatura ambientehasta la temperatura de reaccion (230, 240 o 250°C)bajo flujo de N2, una vez alcanzada la temperaturael N2 fue remplazado por la mezcla reactante. Lacantidad de catalizador utilizada para las reaccionesfue de 0.5 g en mezcla con 0.5 g de carburo de silicio(SiC) para evitar problemas de difusion de gases ysobrepresion. Los catalizadores analizados fueron:CN y CA, este ultimo con tres contenidos de sulfatodeterminados como azufre total (1.9, 0.7 y 0.4 %p/p)para evaluar su efecto en la actividad catalıtica.

3 Resultados y discusion

3.1 Caracterizacion fisicoquımica delcatalizador nuevo y agotado

La Tabla 1 muestra los resultados del analisis quımicoelemental de los catalizadores nuevo y agotado. Comopuede observarse en la Tabla 1, tanto en CN como enCA el elemento en mayor abundancia es el titanio,seguido por el calcio y el azufre. La contribuciondel oxıgeno no se presenta en la tabla sin embargo,las especificaciones tecnicas proporcionadas por elproveedor comercial del catalizador indican que estaformado por un mınimo de 90.1 % de TiO2 (o 99.9 %de la suma de TiO2 + CaSO4).

El analisis quımico elemental tambien revelo lapresencia, en pequenas cantidades, de silicio (Si),aluminio (Al), cobre (Cu), hierro (Fe) y circonio (Zr),indicando la existencia de sustancias promotoras, lascuales generalmente se adicionan para incrementar laactividad del catalizador (Martınez y Lopez (2006);Nurunnabi y Turn (2015); Smil, 2004).

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Tabla 1. Analisis quımico elemental del catalizadorde TiO2 nuevo (CN) y agotado (CA).

Elemento CN (% p/p) CA (% p/p)

Ti 47.4 47.2Ca 1.60 1.30S 3.20 1.90C 0.08 0.06Si 0.10 0.07Al 0.06 0.90Cu 0.01 0.005Fe 0.03 0.16Zr 0.15 0.10

Considerando el lımite de deteccion del equipo,los elementos Si, Cu y Zr se mantienen constantesen ambos catalizadores analizados (CN y CA), locual indica que no hay perdida de estos durante lasreacciones en el proceso Claus al que fue sometido elcatalizador. El aumento de aluminio en el catalizadoragotado, probablemente se deba al arrastre de esteelemento proveniente de un lecho delgado formadopor alumina, el cual se coloca en la parte inicial yfinal del reactor para proteger al catalizador y alargarsu vida util. Un dato interesante es la concentracionde carbono, la cual permanece practicamente igual enambos catalizadores analizados. Lo anterior es unindicador de que la perdida de actividad del catalizadoragotado no se debe precisamente a una desactivacionpor coquizacion. Por otro lado, se observa que elcatalizador agotado tiene menor cantidad de azufreque el catalizador nuevo. La razon de la presencia deazufre en CN es que este se encuentra como CaSO4,el cual actua como estabilizador del TiO2. En elcatalizador agotado se observo un contenido menor deazufre (1.9 %p/p). Esto se puede deber a que duranteel proceso termoquımico, ocurrido dentro del reactorcatalıtico ocurrieron cambios en la composicion delmaterial, y esto condujo a la perdida de sulfato debidoa los constantes ciclos de reaccion a los que esteestuvo expuesto. De lo anteriormente observado sededuce que la razon de la perdida de actividad delcatalizador radica mas en un cambio estructural delos compuestos que lo conforman mas que de lacomposicion quımica elemental, ya que no ocurriodesactivacion por ensuciamiento o envenenamientopor azufre. Para profundizar el conocimiento en esteaspecto, se procedio a realizar analisis de MEB.

La Fig. 2 muestra las imagenes MEB delCN y los espectros por dispersion de energıa(EDS) correspondientes, observandose partıculashomogeneas ricas en titanio y partıculas de mayor

Figura 1. Diagrama esquemático del proceso Súper Claus (ZareNezhad, 2009).

Figura 2. Imágenes MEB del catalizador de TiO2 nuevo (a) 500x y (b) 2000x y correspondientes espectros EDS.

Fig. 2. Imagenes MEB del catalizador de TiO2 nuevo(a) 500x y (b) 2000x y correspondientes espectrosEDS.

Figura 3. Imágenes de MEB del catalizador agotado de TiO2 (a) 1000x y (b) 2000x y correspondientes espectros EDS.

Fig. 3. Imagenes de MEB del catalizador agotadode TiO2 (a) 1000x y (b) 2000x y correspondientesespectros EDS.

tamano de formas alargadas con contenido de Ti,S, Ca, y O. Cabe senalar que el metodo de preparacionde las muestra para su analisis no fue el adecuado yaque se aprecia brillantez, causada por la acumulacionde cargas.

Las micrografıas del CA (Fig. 3) muestran laminasdefinidas tipo hojuelas con una distribucion de tamanoheterogeneo y formas irregulares, cuyo tamano departıcula oscila entre 3 y 25 µm. A mayor resolucion(2000x) se observan zonas sinterizadas. En el EDSse observa la presencia de Ti, O, S, Ca y Al, el cualesta en relacion con los resultados de DRX que sepresentan mas adelante (Fig. 4) donde se observaronpolimorfismos de TiO2, Al2O3 y CaSO4.

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Figura 4. Patrones de DRX de CN y CA. α = TiO2 (anatasa), ρ= TiO2 (rutilo), χ= CaTiO3, σ= CaSO4 y ε= Al2O3.

Figura 5. ATG y ATD de CN y CA.

Fig. 4. Patrones de DRX de CN y CA. α = TiO2(anatasa), ρ = TiO2 (rutilo), ξ = CaTiO3, σ = CaSO4y ε = Al2O3.

El patron de DRX del CN mostrado en la Fig.4, pone en manifiesto la presencia de anatasa (TiO2)y anhidrita (CaSO4). De acuerdo, a Samantarayy Parida (2003) el CaSO4 esta presente debidoa la estabilidad e incremento en la actividad queproporciona, mediante el aumento de la superficieespecıfica y los sitios acido/base. Tambien en laFig. 4 se observa el patron de DRX de la muestrade CA. Es evidente la transformacion estructural queha sufrido el catalizador, en el cual practicamente latotalidad de anatasa ha sufrido metamorfismo hacia sufase rutilo. La transformacion de fase anatasa a faserutilo es resultado de los constantes ciclos de reacciony temperaturas a las que estuvo expuesto en los centrosde procesamiento de gas natural. Cabe mencionarque adicional a la transformacion estructural del TiO2,tambien se observo la formacion de CaTiO3 y lapresencia de Al2O3. La aparicion de CaTiO3 esresultado de las condiciones de reaccion, mismas quepromovieron su formacion a partir del TiO2 y delCaSO4. La presencia de Al2O3 seguramente se debe,como se menciono previamente, a la contaminaciondel catalizador con partıculas de este compuestoprovenientes de un lecho protector colocado en laentrada y salida del reactor.

Los datos texturales de CN y CA se enlistan enla Tabla 2, de acuerdo con los valores del diametrode poro, los catalizadores tienen una estructuramesoporosa (Ramos-Ramırez y col., 2015; Dıaz deLeon-Cabrero y Sanchez-Castillo (2016)). Tambiense observa que la superficie especıfica decrececonsiderablemente en CA en comparacion con CN,

Figura 4. Patrones de DRX de CN y CA. α = TiO2 (anatasa), ρ= TiO2 (rutilo), χ= CaTiO3, σ= CaSO4 y ε= Al2O3.

Figura 5. ATG y ATD de CN y CA. Fig. 5. ATG y ATD de CN y CA.

Tabla 2. Propiedades texturales de CN y CA.

Muestra SaBET (m2/g) Vb

p(cm3/g) Dcp (nm)

CN 130 0.3480 8.90CA 1.40 0.0087 20.00

aBET Superficie especıfica calculada a P/P0 = 0.05-0.25.bVolumen total de poro estimado a P/P0 = 0.95.cBJH Diametro de poro calculado de la lınea dedesorcion.

mientras CN presenta una superficie especıfica de130 m2/g, en CA es de tan solo 1.4 m2/g. Estadisminucion puede ser resultado de la sinterizacioncomo lo muestra el analisis MEB del CA (Fig. 3), asıcomo de la transformacion de fase anatasa a rutilo.

Los resultados de los analisis termogravimetrico ytermico diferencial de CN y CA se observan en la Fig.5. El analisis termico diferencial de CN muestra unaendoterma alrededor de los 100°C debida a la perdidade agua no-enlazada con una perdida en peso del ∼6% de acuerdo al analisis termogravimetrico, enseguidase observa una exoterma con una altura maxima alos 220°C. A temperaturas de 850°C se observan unaexoterma que indica la transicion de fase de anatasaa rutilo. A los 900°C inicia la descomposicion delCaSO4 mostrada con una endoterma con un maximoa 1000°C con una perdida de peso del ∼6.0% porla eliminacion de oxidos de azufre. El analisistermogravimetrico de CA muestra una perdida en pesogradual hasta los 1200°C, la cual esta asociada ala perdida de agua no-enlazada como se observa enla endoterma del analisis termico diferencial a los∼80°C y a la descomposicion de los sulfatos a mayorestemperaturas (∼900°C). En general se presenta unamenor perdida en peso (∼10 %) en el CA que en el

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Figura 6. Efecto de la temperatura de reacción en la conversión de H2S utilizando catalizador de TiO2 nuevo (CN) y agotado (CA).

Fig. 6. Efecto de la temperatura de reaccion enla conversion de H2S utilizando catalizador de TiO2nuevo (CN) y agotado (CA).

CN lo cual se atribuye a la menor cantidad de CaSO4en el CA, compuesto que proporciona estabilidad alcatalizador.

Mediante la informacion obtenida a travesdel analisis termico gravimetrico y diferencial sedetermino la temperatura a la cual ocurre la transicionde fase anatasa a rutilo en CN (850°C). Los sulfatospresentes proveen de estabilidad termica al TiO2conduciendo a una transformacion polimorfica hastalos 800°C, la cual, es una temperatura que no sealcanza en los reactores catalıticos de la unidadClaus. Sin embargo, en ocasiones cuando se observadisminucion en los rendimientos de reaccion unapractica es incrementar la temperatura del reactor paramantener la eficiencia del proceso, conduciendo aldeterioro del catalizador mediante la transformacionde fases cristalinas y sinterizacion.

3.2 Actividad del catalizador de TiO2 en laoxidacion del H2S

La evaluacion de la actividad de los catalizadoresse llevo a cabo a temperaturas de 230, 240 y250°C. Estas temperaturas se seleccionaron ya que seencuentran en el rango de las temperaturas utilizadasen el proceso Claus a escala industrial. En la Fig.6 se presenta el porcentaje de conversion de H2Sa diferentes temperaturas de reaccion (230, 240 y250°C) utilizando los catalizadores CN y CA. Elcatalizador CN mostro una conversion de H2S del85.50 % ± 3.05 a 250°C. En el caso de CA elmayor porcentaje de conversion se observo tambien

Figura 7. Actividad catalítica del CN y del CA a 250°C.

Fig. 7. Actividad catalıtica del CN y del CA a 250°C.

a 250°C y fue del 55.86 % ± 5.00. Los resultadosdemuestran que la temperatura de reaccion influyeconsiderablemente en la conversion del H2S y enla selectividad hacia azufre. Ademas, a pesar deque CA presenta mas del 50 % de su actividadinicial, en procesos industriales esa actividad noes suficiente para satisfacer los requerimientos deconversion o produccion, por lo que es reemplazado.De acuerdo con la informacion de la Fig. 7 laconversion del H2S, la selectividad y el rendimientode azufre, de la reaccion catalizada por CA a 250°C,se ven disminuidos como resultado de la perdidade superficie especıfica, transformacion de la faseestable catalıticamente anatasa y por la disminucionen el contenido de sulfatos. El ultimo punto escorroborado por los resultados observados en la Fig.8 donde se puede deducir que la selectividad y elrendimiento de la reaccion se ven afectados al emplearCA con el mismo grado de degradacion termica peromenor contenido de sulfatos (0.7 y 0.4 % de azufre)comparado con los resultados de CA (1.9 % azufre)mostrados en las Figs. 6 y 7. En el caso del CA con0.7% de azufre la conversion del H2S se ve reducidaen un 7 % y en el CA con 0.4 % de azufre en un 32%. La conversion del H2S, la selectividad a azufre y elrendimiento de azufre fueron calculados mediante lassiguientes ecuaciones (5)-(7):

Conversion del H2S (%) =

[H2S ]entrada − [H2S ]salida

H2S ]entrada× 100 (5)

Selectividad a azufre(%) =

[H2S ]entrada − [H2S ]salida − [S O2]salida

[H2S ]entrada × [H2S ]salida× 100

(6)

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Figura 8. Efecto del contenido a sulfato, calculado como azufre total (0.7 y 0.4 %p/p), en la actividad catalítica del CA a 250°C.

Fig. 8. Efecto del contenido a sulfato, calculado comoazufre total (0.7 y 0.4 %p/p), en la actividad catalıticadel CA a 250°C.

Rendimiento de azufre (%) =

Conversion del H2 S×Selectividad a azufre100

(7)

Los resultados de los analisis fisicoquımicos yde actividad catalıtica del CA, demuestran que elcatalizador tiene un grado avanzado de desactivacionpor lo que ya no es adecuado su uso en el procesoClaus. En la industria quımica y petroquımicase buscan estrategias para la regeneracion de laactividad catalıtica de los catalizadores agotados, conla finalidad de reutilizarlos en los mismos procesosindustriales y reducir costos de operacion. Entrelas investigaciones realizadas para la reactivacion decatalizadores se encuentran metodologıas a base detratamientos termicos y quımicos. Sin embargo, ellavado con solventes o tratamientos termicos producenuna baja regeneracion (Gandhi y col., 2012). En untrabajo previo realizado por nuestro equipo de trabajo(Cruz-Ortiz y col., 2015), el catalizador agotado deTiO2, utilizado en el presente estudio, fue empleadocomo materia prima para la sıntesis de materialesantibacteriales mostrando una alternativa prometedorapara su reutilizacion.

ConclusionesSe investigaron las causas de la desactivacion de uncatalizador de TiO2 proveniente de un proceso Claus.La disminucion de la actividad catalıtica fue resultadode la degradacion termica y perdida de sulfatos,

presentes como estabilizantes en el catalizador, locual reduce considerablemente la selectividad y elrendimiento de la reaccion. En las plantas deprocesamiento de gas natural se utilizan grandescantidades de catalizadores los cuales al perder suactividad catalıtica tienen que ser reemplazados, lo quegenera un area de oportunidad para estudiar estrategiasde regeneracion o reutilizacion.

AgradecimientosLos autores agradecen el apoyo economico otorgadopor el CONACyT mediante el proyecto 138286.

NomenclaturaTon toneladasCA catalizador de TiO2 agotadoCN catalizador de TiO2 nuevoMEB microscopıa electronica de barridoDRX difraccion de rayos XEDS espectroscopia por dispersion de energıas

de rayos XATG analisis termico gravimetricoATD analisis termico diferencialSımbolos griegosα TiO2 (anatasa)ρ TiO2 (rutilo)ξ CaTiO3σ CaSO4ε Al2O3

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